MU-419 analogové vstupy, RS-485

Transkript

1 analogové vstupy, RS-485

2 Vývoj, výroba, obchod, servis, technická podpora: adresa: TEDIA spol. s r. o. Zábělská 12, Plzeň, Česká republika telefon: (základní číslo) (technická podpora) fax: prodej@tedia.cz podpora_2@tedia.cz internet: Výhrada odpovědnosti, autorských práv, ochranných známek a názvů: Ačkoliv byla tato uživatelská příručka vytvořena s maximální pečlivostí, nelze vyloučit, že obsahuje chyby. Domníváte-li se, že jsou některé údaje uvedeny nesprávně, neúplně nebo nepřesně, prosíme, informujte technickou podporu. Pro případ typografických nebo obsahových chyb si TEDIA vyhrazuje právo kdykoliv provést opravy nebo zpřesnění publikovaných informací. Právě tak produkty popsané v uživatelské příručce mohou být kdykoliv revidovány se záměrem zlepšení technických parametrů nebo dosažení lepších užitných vlastností. Doporučujeme proto před každým užitím této příručky ověřit, zda není k dispozici vydání nové. TEDIA nezodpovídá za žádné škody vzniklé užitím této uživatelské příručky nebo informací v příručce obsažených. Uživatelská příručka a její součásti jsou autorským dílem chráněným ustanovením zákona č. 121/2000 Sb., o právu autorském, o právech souvisejících s právem autorským a o změně některých zákonů (autorský zákon) v platném znění. Všechna jména a názvy použité v textu mohou být chráněnými známkami nebo obchodními názvy výrobků příslušných firem TEDIA spol. s r. o.

3 Posouzení shody a ES prohlášení o shodě Všechny výrobky TEDIA uvedené v této příručce byly posouzeny podle platné legislativy a bylo pro ně vydáno ES prohlášení o shodě. Výrobky proto nesou značení CE. Originál ES prohlášení o shodě je uložen u výrobce a na vyžádání bude poskytnuta jeho kopie. Zpětný odběr elektrozařízení Společnost TEDIA splnila svoji povinnost zpětného odběru elektrozařízení prostřednictvím kolektivního systému RETELA. Na každém výrobku proto naleznete logo přeškrtnuté popelnice nebo významově ekvivalentní textové značení 8/05 symbolizující, že se jedná o elektrozařízení nepatřící do komunálního odpadu. Spotřebitel se může zbavit použitého, již nepotřebného elektrozařízení bezplatně na dále uvedených místech zpětného odběru, přičemž nezáleží na značce ani na místě pořízení výrobku: v prodejně, ve které lze koupit nová elektrozařízení; spotřebitel může při zakoupení nového elektrozařízení bezplatně odevzdat staré elektrozařízení s podobnými vlastnostmi 8/05 na veřejném sběrném místě; spotřebitel se o něm dozví na obecním úřadu, u prodejce elektrozařízení nebo na webových stránkách kolektivních systémů Spotřebitel by měl elektrozařízení odevzdávat kompletní, aby bylo možné efektivně zajistit jeho ekologické využití a aby se zabránilo úniku nebezpečných látek ohrožujících lidské zdraví a životní prostředí. Kolektivní systém RETELA založený Českomoravskou elektrotechnickou asociací a provozovaný společností RETELA, s.r.o., sdružuje výrobce a dovozce elektrozařízení a logisticky zabezpečuje sběr, svoz a zpracování použitých elektrozařízení. Bližší informace: Obalové materiály Společnost TEDIA prohlašuje, že za obaly výrobků uvedených na trh v České republice byl uhrazen servisní poplatek do systému EKO-KOM zabezpečujícího sběr a využití obalových odpadů (IČ EK-F ). Použitý obalový materiál výrobku neobsahuje žádné nebezpečné látky. Blížší informace:

4 Prázdná strana

5 Uživatelská příručka - obsah Obsah 1. Úvodní popis 1.1 Charakteristika I Podmínky použití I Technické parametry 2.1 Analogové vstupy I Komunikační linka I Ostatní údaje I Instalace modulu 3.1 Úvod I Připojení napájecího zdroje I Připojení komunikační linky I Analogové vstupy I Popis vnitřní struktury desky 4.1 Popis analogových vstupů I Popis komunikačních obvodů I Konfigurační paměť EEPROM I Terminologie I Základní popis firmware 5.1 Úvod I Popis činnosti I Úvodní inicializace I Provozní konfigurace I Popis periferií 6.1 Úvod I Seznam periferií I ED0 - analogový kanál 0 I ED1 ED3 - analogové kanály 1 3 I ED255 - doba běhu přístroje, restart přístroje I ID0 - stavový registr modulu I IA0 - konfigurační paměť EEPROM I IA1 - konfigurační paměť EEPROM I IA2 - uživatelská paměť EEPROM I SP0 2 - speciální registry I Nedokumentované periferie I - 8 Přílohy: Příloha II - tabulky Příloha III - obrázky II III rev

6 Uživatelská příručka - obsah Prázdná strana rev

7 Uživatelská příručka 1. Úvod 1.1 Charakteristika MU-419 jsou externí měřicí moduly určené pro distribuované systémy monitorování a řízení technologických procesů umožňující kromě měření napěťových signálů i přímé připojení odporových snímačů a potenciometrů. Analogové vstupy modulu jsou realizovány na bázi mikropočítače s předřazeným 16bitovým A/D převodníkem, zesilovačem, multiplexerem a zdrojem referenčního proudu pro odporové rozsahy. Veškerou obsluhu převodníku, zesilovače a vstupního multiplexeru zajišťuje mikropočítač ovládaný z PC po komunikační lince pomocí implemetované sady makroinstrukcí. Instalovaný firmware zajišťuje autonomní měření analogových vstupů podle předprogramovaných požadavků a výsledky ukládá do tabulky umístěné v interní paměti RAM. Při požadavku nadřízeného počítače o vstupní hodnoty jsou předávána data z tabulky, což výrazně ovlivňuje propustnost realizované sítě (komunikace není zatížena čekáním na provedení A/D konverze). Vnitřní architekturou je modul kompatibilní se stavebnicí MICROUNIT a standardně je implementován komunikační protokol AIBUS-2. Specifikace tohoto protokolu je uvedena ve zvláštní příručce a další text předpokládá její znalost. Moduly MU-419 obsahují: galvanicky oddělené obvody A/D převodníku obvody komunikační linky RS Podmínky použití Moduly jsou určeny pro realizaci distribuovaných systémů monitorování a řízení technologických procesů s centrální jednotkou zpravidla na bázi PC nebo PLC. Moduly jsou určeny pro montáž na lištu DIN 35 mm (DIN EN ) a instalují se do bezprostřední blízkosti snímačů veličin a akčních členů. Napájení je řešeno vnějším zdrojem bezpečného napětí. Moduly mohou být použity výhradně v souladu s doporučeními výrobce uvedenými v této příručce, obecně platnými normami či standardy a pouze takovým způsobem, aby jejich selháním zaviněným jakýmkoliv způsobem se nemohly stát nebezpečnými osobám nebo majetku. rev I - 1

8 Uživatelská příručka 2. Technické parametry 2.1 Analogové vstupy rozlišení (linearita): 16 bitů počet vstupů: 4x S.E. základní rozsahy: ±200 mv až ±3,2 V (5 rozsahů) 200 Ohm až 3,2 kohm (5 rozsahů) linearizované rozsahy: Pt100/3850, Pt100/3911, Pt500/3850, Pt500/3911, Pt1000/3850, Pt1000/3911, Ni100/5000, Ni100/6180, Ni1000/5000, Ni1000/6180, KTY10, KTY84 zdroj proud pro měření odporů: 1 ma ±0,6 % zdroj napětí pro měření potenciometrů: 2,5 V ±0,2 % přesnost měření (U rozsahy): lepší než 0,2 % z rozsahu přesnost měření (teplotní čidlo): lepší než 1 C přesnost měření (linearizované rozsahy): chyba vlastního měření navýšena o přesnost linearizačních výpočtů (na všech rozsazích je lepší než reálná přesnost teploměrů) ochrana proti přetížení: ±15 V (±20 V max. 1 s) doba měření všech kanálů: max. 2,5 s 2.2 Komunikační linka typ rozhraní: typ zapojení: komunikační rychlost: typ přenosu: RS-485 dvouvodičové, galvanicky oddělené 2,4 kbd 230,4 kbd podle specifikace AIBUS-2 (8 bitů, 1 stop bit, sudá/lichá parita) 2.3 Ostatní údaje napájecí napětí: V DC příkon (viz poznámka): 1,9 W max. (cca 80 ma při 24 V) ochrana proti přepólování: 100 V DC max. ochrana proti přepětí: 35 V DC max. (max. 10 s) izolační napětí: 1000 V DC (AIN proti ostatním částem) pracovní prostředí: C s relativní vlhkostí do 90 %, bez kondenzace a s běžnou prašností rozměry DIN pouzdra: 90x60x55 mm (V x H x Š) Mezní příkon modulu je stanoven z hodnot naměřených v nejnepříznivější konfiguraci s rezervou cca 20%. rev I - 2

9 Uživatelská příručka 3. Instalace modulu 3.1 Úvod Při výrobě bylo dbáno na dosažení vysoké kvality a spolehlivosti, rovněž byla věnována pozornost důkladné kontrole před expedicí. Aby nedošlo ke snížení jakosti či poškození při instalaci, doporučujeme Vám pečlivě prostudovat tuto příručku a postupovat podle uvedeného návodu. Vlastní instalace představuje umístění a připevnění modulu, jeho propojení s napájecím zdrojem, připojení kabelu komunikační linky a zapojení analogových vstupů. Rozmístění kontaktních míst na modulu je zakresleno na obrázku Obr Připojení napájecího zdroje Napájení modulu je řešeno z jediného zdroje, všechna pomocná napětí jsou generována interně. Při zapojování zdroje je nutné dbát na správnou polaritu a toleranci napětí; v případě nedodržení povolených mezí může dojít k trvalému poškození obvodů modulu; podrobně viz obrázek Obr.1. a tabulka Tab.1. Rovněž připojení napájecího napětí na jinou ze svorek modulu (např. na svorky linky RS-485) může způsobit jeho trvalé poškození. 3.3 Připojení komunikační linky Komunikační linka je vyvedena na dvojitou šroubovací svorku a při jejím zapojování je nutné dbát na správnou polaritu signálů; viz obrázek Obr.1. a tabulka Tab.2. Stínění kabelu je potřeba zapojit na svorku PGND napájecího napětí. Vedení linky je realizováno vodičem vyhovujícím standardu RS-485 (tzn. stíněný dvouvodič, průřez vodiče minimálně 0,22 mm 2, impedance Ohm, kapacita vedení cca 60 pf/m). Doporučeným typem je kabel Belden Analogové vstupy Analogové vstupy jsou zapojeny na šroubovací svorky, rozmístění signálů na svorkách je vyznačeno v tabulce Tab.3. rev I - 3

10 Uživatelská příručka 4. Popis vnitřní struktury modulu 4.1 Popis analogových vstupů Jádrem modulů MU-419 je mikropočítač doplněný A/D převodníkem s 16bitovým rozlišením, programovatelným zesilovačem, vstupním multiplexerem a zdrojem referenčního proudu pro odporové rozsahy. A/D převodník je vybaven obvody autokalibrace na pozadí měření a vzorkovací frekvence je zvolena s ohledem na potlačení rušení signály 50 Hz. Analogové vstupy jsou izolovány od napájecího zdroje a komunikační linky, nejsou však izolovány vzájemně. Všechna měření a výpočty probíhají na pozadí komunikace a výsledky jsou ukládány do vyrovnávací paměti; do nadřízeného systému jsou přenášena poslední zpracovaná data uložená v paměti. Modul disponuje deseti základními rozsahy (napěťové a odporové) a celou řadou rozsahů linearizovaných algoritmy implementovanými ve firmware mikropočítače (odporové teploměry). Všechny parametry jsou konfigurovatelné pro každý analogový kanál samostatně. 4.2 Popis komunikačních obvodů Obvody linky RS-485 umožňují přenos dat do vzdálenosti 1200 m a připojení až 32 zařízení (včetně PC) na linku, k dalšímu rozšíření sítě (větší počet modulů nebo pro rozsáhlé aplikace) lze využít opakovače. Periferní obvody linky jsou napájeny přímo ze základního zdroje V. 4.3 Konfigurační paměť EEPROM Modul obsahuje paměť EEPROM pro uložení všech konfiguračních dat modulu (adresa a komunikační rychlost, parametry měření vstupů apod.). Z důvodu dosažení nejvyšší provozní spolehlivosti jsou obvody doplněny konfiguračním spínačem (SW1 - segment 1) pro zablokování obsahu proti možnému přepisu. Je-li tento spínač rozepnutý, lze paměť EEPROM volně programovat a rovněž používat modul v běžném provozu. V případě sepnutého spínače je technicky znemožněn zápis a modul lze používat s aktuálním nastavením; změnu konfigurace však nelze provést (ani poruchou modulu či vnějším rušením). Paměť EEPROM může být kromě uložení základních konfiguračních dat využita i pro uživatelská data; viz popis v 6. kapitole. 4.4 Terminologie V dalším popisu mohou být využívány tyto pojmy: Analogový vstup představuje fyzické rozhraní modulu. Analogový kanál interní proměnná modulu a její obsah představuje údaj o signálu na zvoleném vstupu po provedení kalibračního přepočtu. rev I - 4

11 Uživatelská příručka 5. Základní popis firmware 5.1 Úvod Standardně instalovaný firmware pracuje podle specifikace protokolu AIBUS-2, jehož popis je uveden ve zvláštní příručce. V této kapitole proto nebudou popisovány obecné vlastnosti, ale pouze obsluha jednotlivých periferií modulu. 5.2 Popis činnosti Po připojení napájení modul provede interní inicializaci, při níž nastaví své základní pracovní parametry, tzn. přenosovou komunikační rychlost a adresu v závislosti na stavu inicializačního spínače, a zpracuje konfigurační data pro A/D převodník. Po ukončení této inicializační fáze modul přechází do vlastního pracovního režimu, ve kterém autonomně provádí periodické měření vstupů a obsluhu komunikace. Ovládání modulu probíhá pomocí souboru makroinstrukcí, nazývaných funkcemi. Tyto funkce zajišťují obsluhu EEPROM, programování parametrů A/D převodníku, přenos naměřených dat atd. 5.3 Úvodní inicializace Pro úvodní inicializaci slouží DIP spínač SW1; v případě sepnutého segmentu 2 modul pracuje s pevnou adresou 0 a přenosovou rychlostí 9600 Bd. V tomto režimu jsou dostupné všechny funkce modulu, předvolené hodnoty komunikačních parametrů (v EEPROM) jsou však ignorovány. K nastavení modulu je určen s moduly dodávaný software. Důležité upozornění: Je-li první segment SW1 v sepnutém stavu, je blokován zápis do vybraných částí EEPROM. Stav druhého segmentu inicializačního spínače SW1 je detekován pouze při zapnutí modulu. Změny v EEPROM paměti jsou modulem akceptovány až po novém zapnutí modulu. Moduly jsou nastaveny od výrobce na adresu 1 a komunikační rychlost 9600 Bd. 5.4 Provozní konfigurace Po nastavení adresy a komunikační rychlosti lze konfigurovat jednotlivé periferie modulu; k tomuto kroku lze rovněž využít program dodávaný s moduly. rev I - 5

12 Uživatelská příručka 6. Popis periferií 6.1 Úvod Popis v následujících odstavcích vychází ze specifikace periferií podle referenční příručky k protokolu AIBUS Seznam periferií Dále uvedené odstavce uvádějí přehled implementovaných periferií. Externí periferie s přímým přístupem: ED0 analogový kanál "0" ED3 analogový kanál "3" ED255 doba běhu (RD) a restart firmware modulu (WR) Interní periferie s přímý přístupem: ID0 stavový registr Interní adresovatelné periferie: IA0, IA1, IA2 konfigurační EEPROM Interní periferie - speciální registry: SP0, SP1 typ modulu SP2 verze firmware Data jsou přenášena alternativně v 32bitovém celočíselném formátu nebo 32bitovém fomátu s plovoucí desetinnou čárkou (viz specifikace AIBus-2). 6.3 ED0 - analogový kanál 0 Externí periferie s přímým přístupem ED0 obsahuje data prvního vstupního analogového kanálu; data jsou přenášena v předdefinovaném formátu s plovoucí desetinnou čárkou. Periferie má význam jenom pro operaci čtení; zapisovaná data jsou ignorována. 6.4 ED1 ED3 - analogové kanály 1 3 Externí periferie s přímým přístupem ED1 ED3 obsahují data vstupních analogových kanálů 1 3; formát dat a obsluha je totožná s periferií ED ED255 - doba běhu přístroje, restart přístroje Externí periferie s přímým přístupem ED255 zpřístupňují 32bitový čítač inkrementovaným 1000x za sekundu od nulového stavu při zapnutí nebo restartu modulu po celou dobu běhu (tzn. dobu běhu od zapnutí v milisekundách). Zápisem dat FF0001FF H lze vyvolat restart firmware modulu. rev I - 6

13 Uživatelská příručka 6.6 ID0 - stavový registr modulu Interní periferie s přímým přístupem ID0 obsahuje data stavového registru modulu. Formát dat je uveden v tabulce. 00 H 00 H 00 H Status Registr D31...D24 D23...D16 D15...D8 D7...D0 Registr má platná data pouze v oblasti globálních příznaků (Status Registr, D0 D7) přenášených modulem jako reakci na zprávu z nadřízeného systému (dotazu) v hlavičce každé zprávy (odpovědi); žádný z lokálních příznaků není využit. Periferie má význam pro operaci čtení i zápis (umožňuje nulovat nebo nastavovat stav příznaků). Podrobnosti k globálním příznakům stavového registru jsou uvedeny v samostatné příručce protokolu AIBUS IA0 - konfigurační paměť EEPROM Interní adresovatelná periferie IA0 představuje konfigurační paměť modulu pro základní data (adresa modulu, komunikační rychlost apod.). Platný rozsah adresového prostoru je Paměť obsahuje 8bitová data. Oproti standardnímu formátu jsou z důvodu vyšší spolehlivosti data i adresa přenášeny v kódovaném tvaru; nižší a vyšší byte adresy nebo dat je vždy zdvojen. Situace při operaci "zápis dat" je znázorněna v tabulce; při čtení je stav analogický. EED7...EED0 EED7...EED0 EEA7...EEA0 EEA7...EEA0 D31...D24 D23...D16 D15...D8 D7...D0 Důležité upozornění: Zápis do tohoto bloku EEPROM paměti lze blokovat DIP spínačem, viz popis ve 4. kapitole. 6.8 IA1 - uživatelská paměť EEPROM Interní adresovatelná periferie IA1 představuje uživatelskou paměť modulu; formát dat i programová obsluha jsou zcela analogické IA0. Důležité upozornění: Zápis do tohoto bloku EEPROM paměti lze blokovat DIP spínačem, viz popis ve 4. kapitole. 6.9 IA2 - uživatelská paměť EEPROM Interní adresovatelná periferie IA2 představuje uživatelskou paměť modulu; formát dat i programová obsluha jsou zcela analogické IA0. Důležité upozornění: Zápis do tohoto bloku EEPROM paměti nelze blokovat DIP spínačem, viz popis ve 4. kapitole. rev I - 7

14 Uživatelská příručka 6.10 SP0 2 - speciální registry Modul obsahuje tři speciální registry, které obsahují: SP0 první čtyři znaky typového označení modulu SP1 druhé čtyři znaky typového označení modulu SP2 čtyři znaky označení verze firmware modulu Přenášená data mají tvar ASCII řetězce o délce 4 znaky. Příklad: SP0 + SP1 + SP2 ~ "MU-4" + "19 " + "1.00" 6.11 Nedokumentované periferie Modul obsahuje další konfigurační (bloky EEPROM s konfiguračními daty výpočetních jednotek) a diagnostické periferie využívané konfiguračními utilitami. Popis těchto periferií přesahuje rámec této příručky. rev I - 8

15 Příloha II - tabulky Zapojení svorek napájecího napětí svorka funkce popis 11 PGND napájecí napětí 10 30V - negativní signál 12 PWR napájecí napětí 10 30V - pozitivní signál Tab.1. Zapojení signálů svorek napájecího napětí. Zapojení svorek komunikační linky svorka funkce popis 13 TX/RX- linka RS negativní signál 14 TX/RX+ linka RS pozitivní signál Tab.2. Zapojení signálů svorek komunikační linky. Zapojení svorek analogových vstupů svorka funkce popis 21 AIN0_EXC analogový vstup 22 AGND společná svorka AINx 23 AIN1_EXC analogový vstup 24 AGND společná svorka AINx 25 AIN2_EXC analogový vstup 26 AGND společná svorka AINx 27 AIN3_EXC analogový vstup 28 AGND společná svorka AINx 29 REFOUT výstup zdroje referenčního napětí 2,5V ±0,2% pro potenciometry (maximální zatěžovací proud 11mA) Tab.3. Zapojení signálů svorek analogových vstupů. Zapojení vstupů je zakresleno na obrázku Obr.2. rev II -1

16 Příloha II - tabulky Prázdná strana rev II -2

17 Příloha III - obrázky analogové vstupy Obr.1. Obrázek modulu MU šroubovací svorky pro napájecí napětí šroubovací svorky signálů komunikační linky RS LED, svitem signalizuje přítomnost napájecího napětí 16 LED, svitem signalizuje vysílání dat z modulu DIP spínač pro inicializaci desky a blokování EEPROM je umístěn pod krytem svorek; pro uvolnění krytu je potřeba mírně zatlačit na pouzdro v místě šipky šroubovací svorky pro analogové vstupy rev III - 1

18 Příloha III - obrázky AINx_EXC Rv AINx_EXC REFOUT Ux AGND Rx Rv AGND POT AINx_EXC AGND Obr.2. Schéma připojení napěťových signálů, odporových snímačů a potenciometrů. rev III - 2

19 Uživatelské poznámky

20 Informace k ES prohlášení o shodě a nakládání s nepotřebným elektrozařízením jsou uvedeny v úvodu příručky. Vývoj, výroba, obchod, servis, technická podpora: adresa: TEDIA spol. s r. o. Zábělská Plzeň Česká republika telefon: (základní číslo) (technická podpora) fax: prodej@tedia.cz podpora_2@tedia.cz internet: